(57)【要約】  本願は、送信コイルと受信コイルに平面コイルを用いた信号伝達装置において、送信コイルと受信コイルの外径を小さくでき、かつ、送信側から受信側に信号を安定して伝達することができる技術を提供する。  本願の信号伝達装置は、入力信号に応じて駆動される送信コイルと、送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、前処理回路から出力される信号から入力信号を検出する検出回路を備えている。前処理回路は、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する。
2011111168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に応じて駆動される送信コイルと、
送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、
受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、
前処理回路から出力される信号から前記入力信号を検出する検出回路と、を備えており、
送信コイルは、第１平面上に配置され、第１の巻数を有する第１導電部を備えており、
受信コイルは、第２平面上に配置され、第１の巻数よりも多い第２の巻数を有する第２導電部を備えており、
前処理回路が、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する、信号伝達装置。
【請求項２】
前処理回路が、第１所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルタである、請求項１に記載の信号伝達装置。
【請求項３】
前処理回路と検出回路の間には、第２所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタが配置されており、
第２所定周波数は、第１所定周波数よりも低く設定されており、
検出回路は、ハイパスフィルタから出力される信号から入力信号を検出する、請求項２に記載の信号伝達装置。
【請求項４】
前処理回路が、受信コイルから入力する受信信号を所定の電位でクランプするクランプ回路である、請求項１に記載の信号伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、送信回路に入力される入力信号を、その送信回路と電気的に絶縁されている受信回路に伝達する信号伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−３２４５２５号は、コイルの電磁誘導を利用して信号を伝達する信号伝達装置を開示する。この信号伝達装置は、トランス（送信コイル，受信コイル）と検出回路を備えている。送信コイルが入力信号に応じて駆動されると、電磁誘導によって受信コイルから受信信号が出力される。検出回路は、受信コイルから出力される受信信号から入力信号を検出する。これによって、送信コイル側から受信コイル側に信号が伝達される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の信号伝達装置においては、送信コイルと受信コイルに、平面コイル（平面インダクタ）が利用されることがある。平面コイルは、例えば、同一平面上にスパイラル状に配置された導電部を備えている。平面コイルは、導電部を同一平面上に配置するため、導電部を立体的に配置する積層コイルと比較して、構造を簡易にすることができるという利点を有している。しかしながら、信号伝達を安定して行うためには、送信コイルと受信コイルの外径を大きくしなければならない。その結果、送信コイルと受信コイルが大型化するという問題がある。【０００４】
一方、送信コイルと受信コイルの外径を大きくすることなく、送信コイルと受信コイルの巻数比を変えることでゲインを向上することもできる。すなわち、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数よりも大きくすることで、ゲインを向上することができる。しかしながら、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数より大きくすると、受信コイルから出力される信号の電圧が大きくなり、検出回路の耐圧を超えてしまう場合が生じる。また、送信コイルと受信コイルの外径が小さいと、受信コイルから出力される信号の周波数が高くなり、検出回路の受信可能な周波数限界を超える場合が生じる。これらのため、送信側から受信側に信号を安定して伝達することができないという問題がある。【０００５】
本願は上記の実情に鑑みて創作されたものである。本願は、送信コイルと受信コイルに平面コイルを用いた信号伝達装置において、送信コイルと受信コイルの外径を小さくでき、かつ、送信側から受信側に信号を安定して伝達することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示される信号伝達装置は、入力信号に応じて駆動される送信コイルと、送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、前処理回路から出力される信号から入力信号を検出する検出回路を備えている。送信コイルは、第１平面上に配置され、第１の巻数を有する第１導電部を備えている。受信コイルは、第２平面上に配置され、第１の巻数よりも多い第２の巻数を有する第２導電部を備えている。前処理回路は、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する。【０００７】
この信号伝達装置では、受信コイルの巻数が送信コイルの巻数より大きいため、送信コイルと受信コイルの外径を大きくしなくても、信号伝達を安定して行うために必要なゲインを得ることができる。一方、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数より大きくし、かつ、送信コイルと受信コイルの外径を小さくすると、受信コイルから出力される受信信号の電圧が検出回路の耐圧を超え、また、その周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を越えることがある。しかしながら、前処理回路が、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換する。このため、検出回路は、前処理回路から出力される信号から入力信号を安定して検出することができる。【０００８】
本願の信号伝達装置では、送信コイルと受信コイルが、受信コイルから出力される受信信号のピーク周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を超える周波数となり、かつ、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧が検出回路の耐圧を超えるように構成されていることが好ましい。すなわち、送信コイルと受信コイルの巻数比を変えてゲインを大きくするほど、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧は高くなる。また、送信コイルと受信コイルの外径が小さいほど、受信コイルから出力される受信信号のピーク周波数が高くなる。このため、受信信号のピーク周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を超える周波数となり、受信信号のピーク電圧が検出回路の耐圧を超えるように構成することで、送信コイルと受信コイルを小型化し、かつ、そのゲインを大きくすることができる。【０００９】
前処理回路として、例えば、第１所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルタを用いることができる。前処理回路にローパスフィルタを用いることで、受信コイルから出力される受信信号の周波数を低くすることができ、また、そのピーク電圧を下げることができる。【００１０】
前処理回路としてローパスフィルタを用いる場合は、前処理回路と検出回路の間には、第２所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタが配置されていることが好ましい。この場合に、第２所定周波数は、第１所定周波数よりも低く設定される。また、検出回路は、ハイパスフィルタから出力される信号から入力信号を検出する。この構成によると、ハイパスフィルタによってノイズ成分が除去されるため、検出回路はより安定して送信信号を検出することができる。また、ローパスフィルタを通過した信号をハイパスフィルタで処理するため、回路の容量値の総和を減らすことができる。【００１１】
また、前処理回路としては、受信コイルから入力する受信信号を所定の電位でクランプするクランプ回路を用いることもできる。前処理回路にクランプ回路を用いることで、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧を、検出回路の耐圧以下の電圧にクランプすることができる。また、クランプ回路内の寄生容量等の作用により、受信コイルから出力される受信信号の周波数を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のモータ駆動システムの回路図である。
【図２】実施例１の信号伝達回路の回路図である。
【図３】実施例１のトランスを、受信コイルを含む平面で切断したときの平面図である。
【図４】実施例１のトランスを、図３のＶＩ−ＶＩ線で切断したときの断面図である。
【図５】コイルの外径をパラメータとして、トランスの「ゲイン−周波数」特性を計算した結果を示す図である。
【図６】実施例１の受信回路の構成を示す図である。
【図７】受信コイルから出力される信号の周波数スペクトルを模式的に示す図である。
【図８】ローパスフィルタから出力される信号の周波数スペクトルを模式的に示す図である。
【図９】実施例１の受信回路の動作波形図である。
【図１０】実施例１の受信回路の信号波形をシミュレーションにより求めた計算結果を示す図である。
【図１１】ローパスフィルタとハイパスフィルタの順序を入れ替えた比較例の構成を示す回路図である。
【図１２】図６に示す回路と図１１に示す回路について、ゲインと周波数の関係を計算した結果を示す図である。
【図１３】検出回路の他の例を示す図である。
【図１４】実施例２の信号伝達回路の回路図である。
【図１５】実施例２のクランプ回路の構成を示す図である。
【図１６】クランプ回路の動作を説明するための図である。
【図１７】クランプ回路の他の例を示す図である。
【図１８】本願の変形例に係る回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
本願の実施例１の信号伝達装置について図面を参照して説明する。本実施例の信号伝達装置は、図１に示すモータ駆動システム１０に用いられる。図１に示すように、モータ駆動システム１０は、低圧系回路１２と高圧系回路１８を備えている。低圧系回路１２と高圧系回路１８の間は絶縁されている。低圧系回路１２は、低圧バッテリ１４とマイコン１６を備えている。マイコン１６は、制御信号ＣＳを出力する。制御信号ＣＳは、スイッチング回路２６のスイッチ動作を制御するための信号である。【００１４】
高圧系回路１８は、制御回路２０と、スイッチング回路２６と、モータ２８と、高圧バッテリ３０を備えている。制御回路２０は、信号伝達回路（本願の信号伝達装置の一例）２２と駆動回路２４を備えている。信号伝達回路２２は、絶縁信号デバイスを備えた回路である。信号伝達回路２２は、絶縁を保った状態で、マイコン１６から出力された制御信号ＣＳを駆動回路２４に伝達する。また、絶縁信号デバイスとして、オンチップ・トランス等の小型デバイスが用いられることで、制御回路２０は一体のＩＣとして形成されている。駆動回路２４は、制御信号ＣＳに応じて、スイッチング回路２６を駆動する。これにより、モータ２８の回転が制御される。【００１５】
図２に示すように、信号伝達回路２２は、送信回路２４と、トランス（２６ａ，２６ｂ）と、受信回路２８を備えている。送信回路２４と受信回路２８とは、トランス（２６ａ，２６ｂ）によって絶縁されている。送信回路２４の入力端子には入力信号が入力され、受信回路２８の出力端子からは出力信号が出力される。【００１６】
送信回路２４は、入力端子に入力される入力信号に応じてトランスの送信コイル２６ａを駆動する。送信コイル２６ａを駆動する方法は、公知の種々の方法を用いることができる。例えば、入力信号の立上りエッジに応じて送信コイル２６ａに正方向の電流が流れるように駆動し、入力信号の立下りエッジに応じて送信コイル２６ａに負方向の電流が流れるように駆動する方法を採用することができる。送信回路２４は、例えば、Ｈブリッジ回路等によって構成することができる。【００１７】
トランス（２６ａ，２６ｂ）は、送信コイル２６ａと受信コイル２６ｂを備えている。送信コイル２６ａと受信コイル２６ｂは、平面コイルであり、電気的に絶縁されている。また、受信コイル２６ｂの巻数は、送信コイル２６ａの巻数よりも大きくされている。送信コイル２６ａには送信回路２４が接続され、受信コイル２６ｂには受信回路２８が接続されている。【００１８】
図３，４を参照して、本実施例のトランス（２６ａ，２６ｂ）の一構成例について説明する。図４に示すように、トランス（２６ａ，２６ｂ）は、下部基板３８と、下部基板３８の表面に接する絶縁層３６と、絶縁層３６の表面に接するｐ型の半導体層３２を備えたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板に形成することができる。【００１９】
ｐ型の半導体層３２の表面側には、ｎ型の半導体層からなる半導体層コイル３４が形成されている。半導体層コイル３４の表面には、金属酸化物層４０が設けられている。金属酸化物層４０は、例えば、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉｘ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）によって形成されている。図３に示すように、半導体層コイル３４は、ｐ型の半導体層３２の表面側に、渦状（平面スパイラル状）に形成されている。金属酸化物層４０も同様に、半導体層コイル３４の表面に渦状に形成されている。半導体層コイル３４の端部３４ａ，３４ｂは、送信回路２４に接続している。半導体層コイル３４によって、送信コイル２６ａが構成されている。【００２０】
図４に示すように、金属酸化物層４０及び半導体層３２の表面は、コイル絶縁層４２によって覆われている。コイル絶縁層４２の表面には、金属層である金属層コイル４１が形成されている。金属層コイル４１は、半導体層コイル３４と同様に、コイル絶縁層４２の表面に渦状（平面スパイラル状）に形成されている。図４より明らかなように、金属層コイル４１の巻数は、半導体層コイル３４の巻数よりも大きくなっている。金属層コイル４１の表面は絶縁層４３によって覆われている。半導体層コイル３４と金属層コイル４１とは、コイル絶縁層４２によって絶縁されている。金属層コイル４１の端部は、受信回路２８に接続している。金属層コイル４１によって、受信コイル２６ｂが構成されている。【００２１】
ここで、本実施例のトランス（２６ａ，２６ｂ）の特性について説明する。図５は、トランス（２６ａ，２６ｂ）を構成する平面コイルの外径を変化させたときの「ゲイン−周波数」特性を定性的に示している。図５中、Ａがコイル外径大のトランスの特性を示し、Ｂがコイル外径中のトランスの特性を示し、Ｃがコイル外径小のトランスの特性を示している。すなわち、コイルＡのコイル外径＞コイルＢのコイル外径＞コイルＣのコイル外径の関係が成立している。計算条件は、送信コイル２６ａと受信コイル２６ｂの巻数比を１：１としている。【００２２】
図５に示すように、コイル外径大のトランス（Ａ）とコイル外径中のトランス（Ｂ）とコイル外径小（Ｃ）のトランスのいずれもが、周波数が高くなるほどゲインが大きくなる傾向を示す。コイルのインピーダンスはＲ＋ｊωＬであるため、周波数が高くなるほどｊωＬの分圧比が大きくなるためである。また、コイル外径が大きくなるほど、トランスのゲインは大きくなる。これは、トランスの外径が大きくなるほど、トランスの寄生抵抗Ｒが小さくなる一方でインダクタンスＬが大きくなるためである。また、コイル外径が大きくなるほど、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は低くなる。すなわち、コイル外径大のトランス（Ａ）では、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は周波数ｆAとなる。コイル外径中のトランス（Ｂ）では、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は周波数ｆB（＞ｆA）となる。コイル外径小のトランス（Ｃ）では、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は周波数ｆC（＞ｆB）となる。したがって、トランスのコイル外径を小さくするほど、ゲインが小さくなると共に、受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数が高くなることが分かる。【００２３】
図５中のＣ’は、コイル外径小のトランス（Ｃ）と同一の外径で、送信コイルと受信コイルの巻数比を変えたときのゲインであって、受信信号の周波数スペクトルがピーク周波数となる周波数のときのゲインである。図５のＣとＣ’の比較から明らかなように、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数より大きくすることで、トランスのゲインを向上することができる。ただし、送信コイルのインダクタンスに対して受信コイルのインダクタンスが大きくなるため、受信コイルから出力される信号のピーク電圧が大きくなる。【００２４】
本実施例では、トランス（２６ａ，２６ｂ）のコイル外径を小さくすることを優先する。このため、受信コイル２６ｂから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数が、検出回路４７の受信可能（検出可能）な周波数限界を超えた周波数となるように、コイル外径及び各コイルの特性（インダクタンス、寄生抵抗等）が設定されている。また、トランス（２６ａ，２６ｂ）のコイル外径を小さくする分だけトランスのゲインを向上するため、受信コイル２６ｂの巻数を送信コイル２６ａの巻数より大きくしている。その結果、受信コイル２６ｂから出力される受信信号のピーク電圧は、後で詳述する検出回路４７の耐圧（詳細には、検出回路４７を構成するＭＯＳや高精度のコンデンサの耐圧（通常は６Ｖ））以上となる。【００２５】
次に、受信回路２８を説明する。図５に示すように、受信回路２８は、ローパスフィルタ４４と、ハイパスフィルタ４６と、検出回路４７を備えている。ローパスフィルタ４４は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１，Ｃ２によって構成される。ローパスフィルタ４４の入力端子Ａには、トランス（２６ａ，２６ｂ）の受信コイル２６ｂが接続される。このため、受信コイル２６ｂから出力される信号が、ローパスフィルタ４４に入力する。図７に示すように、受信コイル２６ｂから出力される受信信号は、ピーク周波数ｆが検出回路４７の受信可能な周波数限界ｆLを超えており、また、ピーク電圧は検出回路４７の耐圧を超えている。ローパスフィルタ４４は、受信コイル２６ｂから出力される信号（インパルス状の信号）を積分平均する。これによって、ローパスフィルタ４４から出力される信号は、図８に示すように、その周波数ピークｆ’が検出回路４７の受信可能な周波数限界ｆL以下となり、また、そのピーク電圧が検出回路４７の耐圧以下となる。なお、ローパスフィルタ４４に使用される抵抗Ｒ１の耐圧は、通常、６〜５０Ｖである。このため、受信コイル２６ｂから出力される信号のピーク電圧が、検出回路４７の耐圧（通常、６Ｖ）を超えて１０〜１５Ｖとなっても、ローパスフィルタ４４で安定して処理することができる。【００２６】
ローパスフィルタ４４の出力端子Ｂには、ハイパスフィルタ４６の入力端子が接続される。ハイパスフィルタ４６は、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ２，Ｒ３によって構成される。図８から明らかなように、ローパスフィルタ４４から出力される信号には、低周波のノイズ成分（コモンモードノイズ等）が含まれている。ハイパスフィルタ４６は、ローパスフィルタ４４から出力される信号から低周波のノイズ成分を除去する。ハイパスフィルタ４６によってノイズ成分が除去された信号Ｖｄは、検出回路４７に入力される。これによって、本願の信号伝達回路２２では、Ｓ／Ｎ比の向上が図られている。【００２７】
検出回路４７は、コンパレータｃｍｐ１，ｃｍｐ２と、信号処理回路４８と、ＲＳフリップフロップ５０を備えている。コンパレータｃｍｐ１，ｃｍｐ２の非反転入力端子には、ハイパスフィルタ４６から出力される信号Ｖｄがそれぞれ入力される。コンパレータｃｍｐ１の反転入力端子には閾値Ｖｔｈｐが入力され、コンパレータｃｍｐ２の反転入力端子には閾値Ｖｔｈｎが入力される。コンパレータｃｍｐ１の出力端子からは出力信号Ｖｃ１が出力され、コンパレータｃｍｐ２の出力端子からは出力信号Ｖｃ２が出力される。【００２８】
信号処理回路４８には、コンパレータｃｍｐ１，ｃｍｐ２からの出力信号Ｖｃ１，Ｖｃ２が入力され、パルス信号Ｖｓおよびパルス信号Ｖｒが出力される。信号処理回路４８は、送信回路２４に入力される入力信号の立上りエッジおよび立下りエッジを検出する回路である。具体的には、信号処理回路４８に出力信号Ｖｃ１が先、出力信号Ｖｃ２が後の順番で連続して入力された場合には、送信コイル２６ａに正方向のコイル電流が発生した場合であると判断する。このため、送信回路２４への入力信号に立上りエッジが生じた場合であると判断し、信号処理回路４８からパルス信号Ｖｓが出力される。また、信号処理回路４８に出力信号Ｖｃ２が先、出力信号Ｖｃ１が後の順番で連続して入力された場合には、送信コイル２６ａに負方向のコイル電流が発生した場合であると判断する。このため、送信回路２４への入力信号に立下りエッジが生じた場合であると判断し、信号処理回路４８からパルス信号Ｖｒが出力される。【００２９】
ＲＳフリップフロップ５０のセット端子には信号処理回路４８からパルス信号Ｖｓが入力され、リセット端子には信号処理回路４８からパルス信号Ｖｒが入力される。ＲＳフリップフロップ３４は、パルス信号Ｖｓが入力されるとハイレベルの出力信号ＶＯＵＴを出力し、パルス信号Ｖｒが入力されるとローレベルの出力信号ＶＯＵＴを出力する。【００３０】
図９の動作波形図を用いて、信号伝達回路２２の動作を説明する。期間ｔ１〜ｔ２は、送信回路２４への入力信号がハイレベルの期間であり、期間ｔ２〜ｔ３は、送信回路２４への入力信号がローレベルの期間である。【００３１】
期間ｔ１〜ｔ２の動作を説明する。時刻ｔ１において、送信回路２４への入力信号に立上りエッジが生じると、送信回路２４が送信コイル２６ａを正方向に駆動する。これによって、送信コイル２６ａに正方向のコイル電流が流れる。【００３２】
送信コイル２６ａに正方向の電流が流れると、受信コイル２６ｂでは、電磁誘導により、送信コイル２６ａに流れるコイル電流の増加率（ｄｉ／ｄｔ）に比例した２次電圧（受信信号）が発生する（Ａ点電圧）。すなわち、送信コイル２６ａの電流が正方向に増加するのに応じて、受信コイル２６ｂには正方向の電圧がインパルス状に発生し、送信コイル２６ａの電流が減少するのに応じて、受信コイル２６ｂには負方向の電圧がインパルス状に発生する。【００３３】
受信コイル２６ｂで発生した信号は、ローパスフィルタ４４に入力される。ローパスフィルタ４４は、受信コイル２６ｂで発生した信号を積分平均する。これによって、ローパスフィルタ４４から出力される信号（Ｂ点電圧）は、受信コイル２６ｂで発生した信号と比較してパルス幅が増加する。すなわち、受信コイル２６ｂで発生した信号は低周波帯域の信号に変換される。また、ローパスフィルタ４４から出力される信号は、受信コイル２６ｂで発生した信号と比較してピーク電圧が低く抑えられる。これによって、ローパスフィルタ４４から出力される信号は、検出回路４７の受信可能な周波数限界ｆL以下の周波数の信号に変換され、また、そのピーク電圧が検出回路４７の耐圧以下となる。【００３４】
ローパスフィルタ４４から出力された信号は、ハイパスフィルタ４６に入力され、低周波のノイズ成分が除去される。ハイパスフィルタ４６によってノイズ成分が除去された信号（Ｃ点電圧）は、検出回路４７のコンパレータｃｍｐ１，ｃｍｐ２に入力される。そして、ハイパスフィルタ４６から出力される信号が閾値Ｖｔｈｐを上回る期間の間、コンパレータｃｍｐ１の出力信号Ｖｃ１がハイレベルとなる。また、ハイパスフィルタ４６から出力される信号が閾値Ｖｔｈｎを下回る期間の間、コンパレータｃｍｐ２の出力信号Ｖｃ２がローレベルとなる。【００３５】
信号処理回路４８では、コンパレータｃｍｐ１の出力信号Ｖｃ１のパルスが先、コンパレータｃｍｐ２の出力信号Ｖｃ２のパルスが後の順番で連続して入力されたことが検出される。このため、信号処理回路４８は、送信回路２４に入力する入力信号に立上りエッジが生じた場合であると判断し、パルス信号Ｖｓを出力する。これにより、時刻ｔ１における入力信号の立上りエッジが、出力信号として復元される。【００３６】
次に、時刻ｔ２において、送信回路２４への入力信号に立下りエッジが生じると、送信回路２４が送信コイル２６ａを負方向に駆動する。これによって、送信コイル２６ａに負方向のコイル電流が流れる。【００３７】
送信コイル２６ａに負方向の電流が流れると、受信コイル２６ｂには、電磁誘導により２次電圧（受信信号）が発生する（Ａ点電圧）。すなわち、送信コイル２６ａの電流が負方向に増加するのに応じて、受信コイル２６ｂには負方向の電圧がインパルス状に発生し、送信コイル２６ａの電流が正方向に増大するのに応じて、受信コイル２６ｂには正方向の電圧がインパルス状に発生する。【００３８】
受信コイル２６ｂで発生した信号は、ローパスフィルタ４４に入力される。ローパスフィルタ４４は、受信コイル２６ｂで発生した信号を積分平均する。これによって、ローパスフィルタ４４から出力される信号（Ｂ点電圧）は、検出回路４７の受信可能な周波数限界ｆL以下の周波数の信号に変換され、また、そのピーク電圧が検出回路４７の耐圧以下となる。【００３９】
ローパスフィルタ４４から出力された信号は、ハイパスフィルタ４６に入力され、低周波のノイズ成分が除去される。ハイパスフィルタ４６によってノイズ成分が除去された信号（Ｃ点電圧）は、検出回路４７のコンパレータｃｍｐ１，ｃｍｐ２に入力される。そして、ハイパスフィルタ４６から出力される信号が閾値Ｖｔｈｎを下回る期間の間、コンパレータｃｍｐ２の出力信号Ｖｃ２がローレベルとなる。また、ハイパスフィルタ４６から出力される信号が閾値Ｖｔｈｐを上回る期間の間、コンパレータｃｍｐ１の出力信号Ｖｃ１がハイレベルとなる。【００４０】
信号処理回路４８では、コンパレータｃｍｐ２の出力信号Ｖｃ２のパルスが先、コンパレータｃｍｐ１の出力信号Ｖｃ１のパルスが後の順番で連続して入力されたことが検出される。このため、信号処理回路４８は、送信回路２４に入力する入力信号に立下りエッジが生じた場合であると判断し、パルス信号Ｖｒを出力する。これにより、時刻ｔ２における入力信号の立下りエッジが、出力信号として復元される。【００４１】
以上に説明したように、実施例１の信号伝達回路２２では、トランス（２６ａ，２６ｂ）のコイル外径を小さくしても、受信コイル２６ｂの巻数を送信コイル２６ａの巻数より大きくすることで、トランスのゲインを大きくする。これによって、安定した信号伝達を可能としている。また、トランスのコイル外径を小さくし、受信コイル２６ｂの巻数を送信コイル２６ａの巻数より大きくすると、受信コイル２６ｂから出力される信号は、検出回路４７の耐圧を超え、また、検出回路４７の受信可能な周波数限界を超える。ただし、受信コイルから出力される信号は、ローパスフィルタ４４によって、その周波数帯域が検出回路４７の受信可能範囲内に変換され、また、そのピーク電圧が検出回路４７の耐圧以下とされる。これによって、信号伝達回路２２は、送信回路２４に入力する入力信号を、安定して受信回路２８に伝達することができる。【００４２】
図１０は、上述した信号伝達回路２２の各点における信号波形をシミュレーションした結果を示している。図１０に示すように、送信回路２４に入力する入力信号に立上りエッジが生じると、受信コイル２６ｂで発生する信号（Ａ点電圧）は検出回路４７の耐圧（通常、６Ｖ）を超える。一方、ローパスフィルタ４４から出力される信号（Ｂ点電圧）とハイパスフィルタ４６から出力される信号（Ｃ点電圧）は、検出回路４７の耐圧以下に抑えられる。また、これらの信号（Ｂ点電圧，Ｃ点電圧）は、受信コイル２６ｂで発生する信号と比較して、パルス幅が太くなっている。このため、検出回路４７は、ハイパスフィルタ４６から入力する信号から、送信回路２４に入力する入力信号の立上りエッジを復元することができる。【００４３】
また、実施例１の信号伝達回路２２では、ローパスフィルタ４４の後段（検出回路４７側）にハイパスフィルタ４６を配置する構成としている。このため、ローパスフィルタ４４の前段（受信コイル２６ｂ側）にハイパスフィルタを配置する構成（図１１に示す構成）と比較して、コンデンサの容量値の総和を小さくすることができる。すなわち、図１２及び表１に示すように、ローパスフィルタ４４を構成する抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量と、ハイパスフィルタ４６を構成する抵抗Ｒ２，Ｒ３とコンデンサＣ３の容量が同一の場合（ケース１，ケース２）、ローパスフィルタ４４の後段にハイパスフィルタを配置した構成（ケース１）では、ローパスフィルタの前段にハイパスフィルタを配置した構成（ケース２）と比較して、ゲインが高くなる。また、ローパスフィルタの前段にハイパスフィルタを配置した構成でケース１と同等のゲインを得ようとすると（ケース３）、ハイパスフィルタに用いるコンデンサＣ３の容量値を大きくしなければならない。したがって、実施例１の信号伝達回路２２では、ローパスフィルタ４４の後段にハイパスフィルタ４６を配置する構成を採用することで、コンデンサの容量を小さくしながら大きなゲインを得ることができる。なお、ＩＣ内に抵抗とコンデンサを形成する場合、抵抗と比較してコンデンサは面積が大きくなる。このため、コンデンサの容量を抑えることで、信号伝達回路２２をよりコンパクトな面積で形成することができる。【００４４】
【表１】
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【００４５】
なお、上述した実施例１の各回路の構成は一例であって、本願の技術はこのような形態に限られない。例えば、図１３に示すような検出回路５２を用いることもできる。検出回路５２は、コンパレータｃｍｐ１と、信号処理回路５６と、ＲＳフリップフロップ５８によって構成されている。このような検出回路５２を用いる場合、例えば、入力信号の立上りエッジに応じて送信コイル２６ａに２個のパルス状の電流を流し、入力信号の立下りエッジに応じて送信コイル２６ａに１個のパルス状の電流を流すようにすればよい。このように送信コイル２６ａを駆動することで、信号処理回路５６は、入力信号に立上りエッジが生じたか、立下りエッジが生じたかを判断することができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、実施例２の信号伝達装置について説明する。実施例２の信号伝達装置は、実施例１の信号伝達装置２２と比較して、ローパスフィルタ４４の代わりにクランプ回路６２を用いている点で異なる。実施例２の信号伝達装置のその他の構成は、実施例１の信号伝達装置２２と等しい。このため、実施例１と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。【００４７】
図１４に示すように、受信回路６０は、クランプ回路６２と、ハイパスフィルタ４６と、検出回路４７を備えている。クランプ回路６２の入力端子には受信コイル２６ｂが接続され、受信コイル２６ｂから出力される受信信号がクランプ回路６２に入力される。なお、実施例２では、受信コイル２６ｂの一方の電位（すなわち、クランプ回路６２に接続されていない方の電位）を０．５×Ｖｄｄ（電源電位）だけバイアスしている。このため、図１６に示すように、受信コイル２６ｂから出力される信号は、０．５×Ｖｄｄ（電源電位）だけレベルがシフトしている。【００４８】
クランプ回路６２は、例えば、図１５に示す構成を採ることができる。すなわち、クランプ回路６２は、コンデンサＤ１，Ｄ２で構成することができる。クランプ回路６２は、図１６に示すように、受信コイル２６ｂから出力される信号を、電源電位Ｖｄｄを超えないようにクランプすると共に、接地電位（０Ｖ）未満とならないようにクランプする。これによって、クランプ回路６２から出力される信号のピーク電圧は、検出回路４７の耐圧以下となる。また、クランプ回路６２を実際に素子で構成すると、クランプ回路６２は寄生容量を有する。また、図１５に示すようにクランプ回路６２をダイオードで構成した場合は、クランプ回路６２を構成するダイオードが逆回復特性を有している。これらのため、受信コイル２６ｂから入力する信号のパルス幅が増大し、その分だけ低周波帯域の信号に変換される。その結果、クランプ回路６２から出力される信号は、ピーク電圧が検出回路４７の耐圧以下となり、また、周波数帯域が検出回路４７の検出可能な周波数領域内となる。したがって、実施例２の信号伝達回路においても、送信回路に入力する入力信号を、安定して受信回路６０に伝達することができる。【００４９】
なお、上述した実施例２では、図１５に示すクランプ回路６２を用いたが、図１７に示すクランプ回路７４を用いることもできる。クランプ回路７４では、受信コイルとダイオードＤ１，Ｄ２の間に抵抗Ｒ１が配置される。【００５０】
以上、本願の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、受信コイル２６ｂとハイパスフィルタの間には、図１８に示す回路を配置するようにしてもよい。図１８に示す回路は、ローパスフィルタとクランプ回路が接続されたものである。このような回路を用いても、受信コイル２６ｂから出力される信号を低周波数帯域の信号に変換し、かつ、そのピーク電圧を低下させることができる。【００５１】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に応じて駆動される送信コイルと、
送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、
受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、
前処理回路から出力される信号から前記入力信号を検出する検出回路と、を備えており、
送信コイルは、第１平面上に配置され、第１の巻数を有する第１導電部を備えており、
受信コイルは、第２平面上に配置され、第１の巻数よりも多い第２の巻数を有する第２導電部を備えており、
送信コイルと受信コイルは、受信コイルから出力される受信信号のピーク周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を超える周波数となり、かつ、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧が検出回路の耐圧を超えるように構成されており、
前処理回路が、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する、信号伝達装置。
【請求項２】
前処理回路が、第１所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルタである、請求項１に記載の信号伝達装置。
【請求項３】
前処理回路と検出回路の間には、第２所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタが配置されており、
第２所定周波数は、第１所定周波数よりも低く設定されており、
検出回路は、ハイパスフィルタから出力される信号から入力信号を検出する、請求項２に記載の信号伝達装置。
【請求項４】
前処理回路が、受信コイルから入力する受信信号を所定の電位でクランプするクランプ回路である、請求項１に記載の信号伝達装置。
【国際調査報告】
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